Paano Nagagamit ang Mekanikal na Paggawa at Init ng Magkasama

Sa artikulong ito, aalamin natin ang konsepto ng mekanikal na katumbas ng init, na nagsasaad na ang mekanikal na gawa at init ay maaaring magbaliktarin sa bawat isa. Aalamin din natin ang mga eksperimento at pagkakatuklas na nag-udyok sa ideyang ito at kung paano ito tumulong upang itatag ang siyensya ng termodinamika.

Ano ang Mekanikal na Katumbas ng Init?

Ang mekanikal na katumbas ng init ay isang termino na naglalarawan ng relasyon sa pagitan ng mekanikal na gawa at init.

Ito ay inilalarawan bilang ang halaga ng gawa na kinakailangan upang makapag-produce ng unit na halaga ng init sa isang sistema. Ang simbolo para sa mekanikal na katumbas ng init ay J, at kilala rin ito bilang konstante ni Joule o mekanikal na katumbas ng init kay Joule, ang siyentipiko na unang iminumeten ito.

Ang pormula para sa mekanikal na katumbas ng init ay:

kung saan ang W ay ang gawa na ginawa sa isang sistema, at ang Q ay ang init na nabuo sa sistema.

Ang yunit para sa mekanikal na katumbas ng init ay joule per calorie (J/cal), na nangangahulugan na ang isang joule ng gawa ay nagbibigay ng isang calorie ng init. Isang calorie ang halaga ng init na kinakailangan upang itaas ang temperatura ng isang gramo ng tubig ng isang degree Celsius.

Kamusta Natuklasan ang Mekanikal na Katumbas ng Init?

Ang ideya na ang mekanikal na gawa at init ay maaaring magbaliktarin ay unang ipinakilala ni Benjamin Thompson, na kilala rin bilang Count Rumford, noong 1798. Naitala niya na malaking halaga ng init ang nabuo dahil sa friction kapag binubuo ng mga baril sa isang arsenal sa Munich. Nakapagtanto siya na ang init ay hindi isang substansya, tulad ng dating inisip, kundi isang anyo ng galaw.

Gayunpaman, hindi nagbigay si Rumford ng numerikal na halaga para sa mekanikal na katumbas ng init, at hindi rin siya nag-conduct ng kontroladong eksperimento upang iminumeten ito. Ang kanyang mga obserbasyon ay hinamon ng mga tagasuporta ng teorya ng caloric, na nagsasaad na ang init ay isang fluid na lumilipad mula sa mainit patungo sa malamig na mga bagay.

Ang unang tao na nag-conduct ng mahusay na eksperimento upang matukoy ang mekanikal na katumbas ng init ay si James Prescott Joule, isang Ingles na pisiko at brewer. Noong 1845, inilathala niya ang isang papel na may pamagat na “The Mechanical Equivalent of Heat,” kung saan inilarawan niya ang kanyang aparato at pamamaraan.

Ginamit ni Joule ang isang copper calorimeter na puno ng tubig at isang paddle-wheel mechanism na nakakabit sa mga sumusunod na timbang.

Kapag ang mga timbang ay bumaba, sila ay nag-ikot ng paddle wheel, na nag-stir ng tubig sa loob ng calorimeter. Ang kinetic energy ng mga timbang at ng paddle-wheel ay naging init energy sa tubig. Iminumeten ni Joule ang pagtaas ng temperatura ng tubig at kalkula ang halaga ng gawa na ginawa ng mga timbang. Ipinag-ulit niya ang eksperimentong ito ilang beses kasama ang iba't ibang timbang at taas at natuklasan niya ang konsistente na halaga para sa J: 778.24 foot-pound-force per degree Fahrenheit (4.1550 J/cal).

Napatunayan ng eksperimento ni Joule na ang gawa at init ay katumbas at conserved,

na nangangahulugan na hindi sila maaaring lumikha o ma-destroy kundi mabago lamang mula sa isang anyo sa isa pa. Ito ay isang malaking pagkamalaki sa pag-unlad ng termodinamika, na ang pag-aaral ng enerhiya at ang kanyang pagbabago.

Ano ang Ilang mga Application ng Mekanikal na Katumbas ng Init?

Ang konsepto ng mekanikal na katumbas ng init ay may maraming aplikasyon sa siyensya at inhenyeriya. Halimbawa:

• Ito ay nagpapaliwanag kung paano gumagana ang mga engine sa pamamagitan ng pag-convert ng chemical energy sa fuel sa mekanikal na energy sa motion.

• Tutulong ito sa atin upang kalkula ang efficiency ng mga machine at proseso sa pamamagitan ng pag-compare ng input work at output heat.

• Ito ay nagbibigay-daan sa atin upang makapag-disenyo ng mga device na maaaring i-convert ang waste heat sa useful work, tulad ng thermoelectric generators.

• Ito ay nagbibigay-daan sa atin upang maintindihan kung paano gumagamit ng metabolic energy ang mga buhay na organismo upang maisagawa ang iba't ibang function.

Ang mekanikal na katumbas ng init ay may kaugnayan din sa iba pang mahalagang konsepto sa termodinamika, tulad ng entropy, specific heat capacity, latent heat, at thermal expansion.

Conclusion

Sa artikulong ito, natutunan natin ang mekanikal na katumbas ng init,

na ang halaga ng gawa na kinakailangan upang makapag-produce ng unit na halaga ng init sa isang sistema. Nakita din natin kung paano natuklasan ang konseptong ito ni Rumford at Joule sa pamamagitan ng mga eksperimento sa friction at stirring water. Sa huli, napag-usapan natin ang ilang mga application at implication ng konseptong ito sa siyensya at inhenyeriya.

Pahayag: Respetuhin ang original, mahusay na mga artikulo na karapat-dapat na ibahagi, kung may paglabag sa copyright pakiusap na ito'y burahin.